หน่วยที่เล็กที่สุดของสารในทางเคมี คือ อะตอม อะตอมเมื่อรวมกันจะกลายเป็นโมเลกุล โมเลกุลสามารถเป็นได้ทั้งธาตุและสารประกอบ ทั้งธาตุและสารประกอบถือเป็นหน่วยย่อยของสารบริสุทธิ์ ซึ่งจัดเป็นสารเนื้อเดียวชนิดหนึ่ง

สารบริสุทธิ์ คือ สารเนื้อเดียวที่มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวคงที่ เช่น น้ำมีจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส (ขณะที่น้ำเดือดวัดอุณหภูมิได้ 100 องศาเซลเซียส) สารบริสุทธิ์ จำแนกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

1. ธาตุ (Element) คือ สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียว ไม่สามารถแยกออกเป็นสารอื่นโดยวิธีทางเคมี หน่วยย่อยของธาตุ คือ อะตอม เช่น ออกซิเจน (O) เหล็ก (Fe) ทองแดง (Cu) อะลูมิเนียม (Al) ทอง (Au) เป็นต้น

2. สารประกอบ (Compound) คือ สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ ที่ยังคงแสดงสมบัติของสารได้ที่เรียกว่า โมเลกุล หรือประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป รวมตัวกันทางเคมีด้วยอัตราส่วนของมวล หรือปริมาตรที่คงที่ สามารถแยกสารประกอบออกเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบ หรือสารประกอบอื่นได้โดยวิธีการทางเคมี เช่น น้ำ (H2O) ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน (H) และธาตุออกซิเจน (O)

อะตอมส่วนมากไม่ได้อยู่ในรูปของอะตอมอิสระ มักรวมตัวกันเป็นโมเลกุลของธาตุ โมเลกุลของสารประกอบ สารประกอบไอออนิก

โมเลกุล คือ กลุ่มอะตอมอย่างน้อย 2 อะตอมที่รวมตัวกันอยู่ด้วยแรงดึงดูดทางเคมี โมเลกุลอาจประกอบด้วยอะตอมของธาตุเดียวกัน หรือประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิด​

จากภาพ

1. คือ โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจน

2. คือ โมเลกุลของแก๊สไนโตรเจน

3. คือ โมเลกุลของแก๊สออกซิเจน

4. คือ โมเลกุลของแก๊สโอโซน

5. คือ โมเลกุลของน้ำ

6. คือ โมเลกุลของแก๊สแอมโมเนีย